Flyback DC-DC dönüştürücüler arasında yer alan günümüzde boyut ve fiyat açısından oldukça avantajlı olan anahtarlamalı güç kaynakları olarak kullanılmaktadır. Kaynaktan çekilecek olan güç değerine ve tasarımcının izolasyon tercihine göre farklılık gösteren buck, boost, flyback, forward gibi topolojiler mevcuttur. Bu yazıda sizlere flyback topolojisinden bahsedeceğim.
Flyback converter izolasyon imkanı sunduğu için birçok yerde kullanılmaktadır. %95’e kadar verim alabilirsiniz. Ayrıca çekilen güce göre az yer kaplar ve normal trafolu güç kaynakları kadar ağır değildir.
Flyback converterde anahtarlama amaçlı bir mosfet kullanılır. Bu mosfet güç mosfeti olarak seçilmeli ve primer akımından daha fazla akım değerine sahip mosfet olmalıdır. Ters polarize edilmiş yüksek frekanslı ferrit trafo kullanılır. Flyback dönüştürücüsünü diğer yöntemlerden ayıran en fark edilir yanı da trafonun ters polarize edilmesidir. Trafoyu yaptırırken bunu kesinlikle belirtmelisiniz veya kendisiniz sarıyorsanız buna dikkat etmelisiniz. Şekilde de görüldüğü gibi Sekonderde diyot bulunur. Bu diyot, devrede yüksek frekans olduğu için genelde hızlı diyot seçilir.
Flyback converter 2 modda çalışır. 1. mod mosfetin kapalı olduğu süredir. Mosfet bu sürede kısa devre gibi davranır. Yüksek frekanslı trafonun primer sargısı bobin gibi davranır. Primer sargıda akım lineer olarak artar. Sekonderde ters polarma sonucu diyot açık devre gibi davranır ve sekonder bölümüne bu sürede enerji geçişi olmaz. Tüm güç primer sargıda, 1 modun sonunda saklanır.
2. mod mosfetin açık olduğu durumdur. Bu sürede sekonder bölümünde bulunan diyot ucu gerilim + voltaj olduğundan diyot bu modda kapalı konumdadır ve yüke enerji aktarılır.
Seçilen anahtarlama frekansına göre, mosfet açma kapama görevi görür. Aslında sadece mosfet kapalı olduğunda devrenin primer bölümü tamamlanır. Yüksek frekanstan dolayı bunu ampermetreyle ölçemezsiniz sadece osiloskopla bakabilirsiniz.
Güç kaynağı tasarımına başlamadan önce anahtarlama frekansınızı seçmelisiniz. Daha sonra bu frekansı sağlayacak entegreyi belirlemelisiniz. Genelde entegre datasheetinde referans tasarım bulunur. Eğer uygun frekansı verebilecek entegreyi seçtiyseniz, datasheetteki referans tasarım üzerinden gitmelisiniz. Entegre datasheetine hakim olmalısınız ki; olası problemlerle karşılaştığınızda çözümünüz olsun. Tasarımlarımda kullandığım NCP1203 üzerinden gitmek istiyorum. NCP1203’ün datasheetinde bulunan referans tasarım üzerinden açıklama yapmak istiyorum.
Şekilde de görüldüğü gibi şebeke voltajı öncelikle bazı filtrelerden geçmelidir. Bu filtreler EMC testleri için önem taşımaktadır. X ve Y kondansatörleri, common mode bobin kullanılarak güvenli bir filtre oluşturabilir. Ardından köprü diyot ve kondansatör ile şebeke voltajı DC gerilime dönüşür. Bu tasarımda 3 farklı sargı bulunmaktadır: Primer, sekonder ve yardımcı sargı. Yardımcı sargı genelde entegre beslenmesi için kullanılır. Entegre çok fazla akım çekmediğinden çok ince bir tel ile sarılabilir. Bazı entegreler yardımcı sargıya ihtiyaç duymayıp ana hattan beslenebilirler. Bu entegre için böyle bir besleme şekli güç kaybına yol açtığından aux sargısı kullanılmıştır.
Geri besleme sayesinde, istenilen çıkıştaki voltaj değişimlerininin önüne geçilir. Çıkıştaki voltaj değişimi, optokuplörün üzerine düşen gerilim sayesinde algılanır. Bu değişim optokuplörün entegreye bağlı olduğu pine gönderilir. Entegre görev döngüsünü değiştirir ve çıkıştaki istenmeyen değişimi engellemiş olur. Optokuplör kullanılmasının başka bir nedeni de, primer ve sekonder arasında izolasyon sağlamasıdır.
Mosfetin source ucunda bulunan direnç, sınırlama direncidir. Entegrenin akım kontrolü pinine bağlıdır. Bu direnç Ipeak ile orantılıdır. Ipeak akımı mosfet iletimde iken, lineer bir biçimde artar. RS direnci üzerinde voltaj, Ipeak ile orantılı bir şekilde artmaktadır. Bu direnç üzerindeki gerilim, entegre içinde 1V ile karşılaştırılır. Çıkan cevap ile geri beslemedeki bilgi uygun değere ayarlanarak, mosfetin iletime veya kesime gitmesi kararlaştırılır. Görev döngüsü bu şekilde kontrol edilir.
Bu yazıdaki amacım, Flyback nedir? Nereden başlamalıyım? Nelere dikkat etmeliyim gibi soru işaretlerine cevap olabilmekti. Okuduğunuz için teşekkürler, İyi çalışmalar dilerim.